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，生物科技领域成果不断、亮点纷呈：合成生物技术、基因编辑等前沿技术的应用范围不断拓展；新型DNA测序技术促进了生物资源挖掘利用；光合作用等基础研究成果带动了产业快速发展；多学科不断交叉汇聚创造了高水平创新。生物科技领域展现出巨大的发展潜力，在推动经济社会发展方面发挥了越来越重要的引领作用，推动全球生物经济转型发展进程。
一、重要研究进展
生物科技领域的突破创新一次又一次地刷新了人类的认识，不仅首次诞生了体细胞克隆猴、单染色体真核细胞，构建了首个哺乳动物细胞图谱，发现新型光合作用，且突破固有的生殖方式，实现植物无性生殖和哺乳动物孤雄生殖。可喜的是，中国科学家为生物科技领域的多项重大成果做出了杰出贡献。
1. “建物致知”理念纵深发展，推动更广泛应用创新
以合成生物学研究为基础的颠覆性前沿技术突破为科技和产业革命带来巨大推动力。中国科学院研究团队在国际上首次成功创建出含有单条染色体的酵母细胞；同期，美国纽约大学也利用类似技术获得拥有两条染色体的酵母细胞。加州理工学院利用工程病毒蛋白酶在哺乳动物细胞中实现多种电路级功能；麻省理工学院在活细胞内构建可编程基因序列逻辑电路；韩国科学技术研究院开发出一种用于构建高效细胞工厂的新型生物传感器。英国华威大学等机构合作增强了合成电路在细胞中生产抗生素和其他有用化合物的潜力；德国法兰克福大学成功设计出可生产全新天然产品的非核糖体肽合成酶；美国华盛顿大学等机构合作首次从头设计合成一个蛋白抗癌药物。
2. CRISPR相关研究热点延续，应用领域大量扩展
CRISPR介导的基因编辑技术从一问世就备受瞩目，几年过去仍热度不减，相关深入研究如火如荼，在多个应用领域展现巨大潜力。两大国际顶尖研发团队——美国博德研究所张峰团队和加州大学伯克利分校Jennifer Doudna团队同期推出可检测病毒感染的全新系统；中国科学家领衔的国际研究团队首次将人的亨廷顿突变基因导入猪，构建了更能准确模拟神经退行性疾病的动物模型；美国加州大学旧金山分校等机构利用CRISPR技术来应对抗生素耐药性。在动植物基因编辑领域，中国科学院研究人员利用基因编辑技术取得多项成果，包括在家蚕丝腺和蚕茧中大量表达蜘蛛丝蛋白；加速了野生植物的人工驯化；实现了小麦、水稻及马铃薯的高效单碱基编辑。
3. 单分子测序取得诸多成果，以其为代表的第三代基因测序技术迅速兴起
基因测序技术经过快速发展，已形成以美国太平洋生物科学公司（Pacific Biosciences）的单分子实时测序技术（SMRT）和英国牛津纳米孔公司（Oxford Nanopore Technologies）的纳米孔单分子技术为代表的第三代测序技术，凭借其在读长和测序速度方面的优势，研究人员获得了许多高质量基因组图谱，尤其是针对基因组庞大、多倍化且存在大量重复区域的植物基因组，比如乌拉尔图小麦A基因组、月季、甘蔗、罂粟、玉米等在内的多种植物。国际小麦基因组测序联盟以制作面包的小麦为研究对象，绘制了最完善的小麦基因组图谱。在动物基因组测序方面，研究人员结合Illumina短读长以及PacBio长读长测序技术，对考拉、金枪鱼、小龙虾、海蟾蜍、乌龟和鹦鹉等的基因组进行全面解析。此外，脊椎动物基因组计划发布首批15个高质量的参考基因组，使得高质量动物参考基因组的数量增加了一倍。
4. 植物生理机制解析促成农业生产质的飞跃，为应对全球粮食危机提供更优途径
除了上述在作物基因编辑领域的研究成果，全球科学家还在光合机理、增产抗病机理研究、分子设计育种、无融合生殖研究等方面都取得重要突破。德国马克斯•普朗克生物化学研究所联合日本大阪大学等机构合作探明了光合复合体 I 的结构和功能。美国伊利诺伊大学等机构调整了烟草植物光合作用的细胞机制，光合效率提高了40%。中国科学院等机构合作揭示水稻高产高抗调控新机制。美国加州大学戴维斯分校和中国农业科学院通过基因改造技术，分别独立构建了水稻的无融合生殖体系。
5. 生物科技与计算机技术、人工智能等交叉融合，为第四次工业革命带来新的机遇
近年来，人工智能迅速发展，应用领域不断扩大。利用人工智能相关技术挖掘和利用新型遗传资源、计算机辅助蛋白结构预测和设计等越来越受到重视，成为多学科交叉前沿热点领域。美国能源部联合基因组研究所利用人工智能发现近 6000 种前所未闻的新病毒；合成生物科技初创公司Zymergen加速工程菌改造和结果测试；中国科学院研究团队构建出一系列新型酶蛋白，开启了新一代生物制造。英国牛津大学、德国杜塞尔多夫大学等机构在预测酶活性方面取得了进展；谷歌新推的人工智能“阿法折叠”（AlphaFold）程序可预测蛋白质的3D结构；耶鲁大学采用谷歌算法揭示酶的复杂结构和调控机制。此外，基因测序技术与物联网的交叉将助力生物联网建设。多学科交叉开启了人们解决很多问题的新模式，信息技术在生物科技领域的应用可能会对其他领域的应用推广带来启发。
二、重大战略行动
1. 加强生物经济战略布局，绘制可持续发展蓝图
生物经济是继农业经济、工业经济、信息经济之后提出的一种全新经济形态，以生物资源和生物技术为基础，对减缓气候变化、解决全球危机，实现可持续性发展发挥着重要作用，将对工农业生产、人类生活产生深远影响。经济合作与发展组织（OECD）于4月发布题为《面向可持续生物经济的政策挑战》研究报告，指出世界各国对生物经济的关注已从最初对利益层面的关注发展到纳入政策主流的重视。欧盟委员会发布新版生物经济战略——《欧洲可持续发展生物经济：加强经济、社会和环境之间的联系》。欧盟投资银行宣布面向农业和生物经济领域启动一项新的融资举措，金额近10亿欧元。欧盟生物产业联盟资助的17个新项目，计划开发欧洲当前战略问题的解决方案。美国在纲领性战略《国家生物经济蓝图》的指导下，逐步细化各项规划和举措，如，能源部投入8000万美元支持早期生物质能源研发；美国食品药品监督管理局发布动植物生物技术创新行动计划。英国生物技术和生物科技研究理事会发布指导英国生物科学发展方向的路线图——《英国生物科学前瞻》，以应对21世纪粮食安全、清洁增长和人口健康等重大社会挑战。
印度、马来西亚等发展中国家积极出台生物经济相关战略，制定相关的高新技术和新兴产业创新政策。非洲和拉美地区的国家虽然没有明确的发展战略，但也提出了发展愿景。
2. 前沿新兴技术发展迅猛，各国监管步调不一
合成生物技术、基因编辑技术等前沿新兴技术快速发展的同时，其潜在的安全风险也引起各国政府和公众的关注。7月，欧洲法院裁决，包括基因编辑在内的基因诱变技术应被视为转基因技术，原则上应接受欧盟与转基因相关的法律监管。对比欧盟的严苛，美国监管机构对基因编辑技术几乎没有抵触情绪，美国农业部已宣布不会对基因编辑的创新进行监管。加拿大、阿根廷和巴西等国则默认不含有外源DNA的基因编辑作物不受转基因生物框架监管。英国则已率先批准以试验方式种植经过基因编辑的亚麻荠。此外，对于基因组编辑技术应用于人类疾病的相关研究，全球多个国家尤其是发达国家也大都有相关的法律法规可循。欧洲大部分国家明令禁止人类基因组编辑用于临床；中国、日本、印度和爱尔兰四国虽有禁令，但都不具有法律约束力；美国不允许联邦资金资助人类胚胎修饰的研究，但没有彻底的基因组编辑禁令。
三、启示
随着我国建设创新型国家战略目标的确定，对生物科技领域的科研投入不断加大，我国研究人员取得了多项举世瞩目的成就，有些领域已从跟跑逐步向并跑和领跑阶段发展。未来我国需要继续发挥学习模仿和创新利用的后发优势，以及大国体量优势，重视跟跑过程中可能对未来科研领跑产生作用的成果积累，积极进行二次创新。系统布局，合理设计基础研发项目，不断提高原始创新能力，通过创新驱动切实提高我国的核心竞争力。
对于新兴技术发展过程中可能涉及的生物安全问题，我国应加强基因组编辑等前沿新兴技术监管的立法工作，做好与国际政策制定和监管机构、研究机构以及同行之间的对话交流，促进国际通用监管标准的制定与协调，建立持续的国际论坛以促进广泛对话，收集各方意见与观点，为决策者制定政策提供信息、建议和指导。
来源：中国科学院成都文献情报中心
作者：丁陈君 陈方 郑颖吴晓燕
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